DE3043962A1

DE3043962A1 - Absperr- oder mischventil

Info

Publication number: DE3043962A1
Application number: DE19803043962
Authority: DE
Inventors: Johan Christian Soelborg Gregersen; Kunto Ilmari Gelsted Katva
Original assignee: Broen Armatur AS
Current assignee: Broen AS
Priority date: 1979-12-05
Filing date: 1980-11-21
Publication date: 1981-06-11
Also published as: FI803743L; IT8026455A0; DK518279A; FR2471541A1; NL8006428A; SE8008491L; GB2064727A

Description

PATtNTANWALTE %? U H V ν? Q 4

HELMUTSCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. fl^ DIPL.-ING.

le-br-11

18. 11. 198ο

Broen Armatur A/S, Sdr. Ringvej, DK-5610 Assens, Dänemark.

ABSPERR- ODER MISCHVENTIL.

Das Ventil besteht aus einem Gehäuse (1), in welchem ein starrer Regulierkörper (10) und ein drehbarer Regulierkörper (15) angeordnet sind. Die Regulierkörper (10 und 15) liegen mit ebenen verschleissfesten Flächen aneinander an, und in diesen Flächen sind zur Regulierung der Durchlaufmenge und im Falle eines Mischventils auch des Mischverhältnisses Reguiieraussparungen (25 bzw. 30) ausgebildet. Um insbesondere bei beginnendem Öffnen und bei Beendigung des Schliessens ein möglichst niedriges Geräuschniveau zu erzielen, ist jede der Regulieraussparungen (25 bzw. 30) mit einer Regulierkante (26 bzw. 30a) ausgebildet, und Jede dieser Regulierkanten erstreckt sich spiralförmig in Bezug auf die Mittelachse (27) der Regulierkörper. Diese spiralförmigen Kanten (26, 30a) stimmen paarweise geometrisch miteinander überein, so dass sie zwischen sich eine lange Spalte mit gleicher Breite über die gesamte Länge der Spalte bilden.

D-7070 SCHWABISCH CMÜND G£\l£ljy^AME.KX)IUT£i^ ρ-βΟΟΟ MÜNCHEN 70

Tel^n: (07171) 56 90 Reut Jc fantT AT. Foststhickkonto Telefon: (089) 725 20

H SCHROETER Telegramme: Sdinxp.it Mundicn 70/37 369 München K.LEHMANN Telegramme: Schroepac

BodugJuse 49 Tel«: 7248 868 pagdd (BLZ 700 70010) 1679 41-804 Lipowskystraßc 10 Telex: 5212248 pawe d

Die Erfindung betrifft ein Absperr- oder Mischventil mit einem drehbaren und einem in einem Gehäuse starr angeordneten Regulierkörper, die mit verschleissfesten Flächen aneinander liegen, und mit Regulieraussparungen ausgebildet sind.

Ein Absperrventil dieser Art ist aus der SE-PS 82.990 bekannt. Bei diesem bekannten Ventil enthält das Ventilgehäuse eine aus einem ersten Material bestehende starr angeordnete Scheibe mit einer nierenförmigen Regulieröffnung sowie eine drehbare aus einem anderen Material bestehende Scheibe mit einer umlaufenden, sich in Umkreisrichtung verjüngenden Regulieröffnung. Dieses bekannte Ventil ist ferner mit einem Handgriff mit einer Spindel versehen, die sich durch den Mittelbereich der starr angeordneten Scheibe erstreckt, und zum Öffnen und Schliessen des Ventils mit der drehbaren Scheibe verbunden ist. Es sei ferner auf die von derselben Anmelderin früher eingereichten Patentanmeldung Nr. 125/79 vom 11. Januar 1979 verwiesen. Nach der letzteren Patentanmeldung werden die Regulieraussparungen durch kreisbogenförmige Kanten, die sich koaksial zu den zugehörigen Regulierkörpern erstrecken, sowie durch radial verlaufende Regulierkanten begrenzt.

Bei der Weiterentwicklung von Ventilen nach der letzteren Anmeldung hat es sich gezeigt, dass Geräuschprobleme entstehen, die vermutlich auf die Ausbildung der Regulieraussparungen zurückzuführen sind.

Das erfindungsgemässe Absperr- oder Mischventil ist dadurch gekennzeichnet, dass jede Regulieraussparung mindestens eine in Bezug auf die Mittelachse des zugehörigen Regulierkörpers als eine archimedische Spirale ausgebildete Kante aufweist, und dass diese archimedisch spiralförmigen Kanten paarweise geometrisch miteinander übereinstimmen. Unter dem Ausdruck "archimedische Spirale" ist im Sinne dieser Beschreibung eine spiralförmige Kurve zu verstehen, deren radialer Abstand von einem festen Mittelpunkt sich bei gleichförmiger Winkeldrehung gleichförmig um eine gleichbleibende Grosse vergrössert. Es hat sich gezeigt, dass das Geräusch insbesondere beim Öffnen und/oder Schliessen des Ventils hierdurch erheblich verringert wird, weil bei beginnendem Öffnen und/oder Schliessen des Ventils eine Spalte zwischen den archimedisch spiralförmigen Kanten gebildet wird, deren Breite unmittelbar vor dem Schliessen bzw. unmittelbar nach dem Öffnen über die gesamte Länge der Spalte konstant ist, wodurch die Druckverlustenergie des Ventils auf die lange

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Spaltenöffnung verteilt wird und dadurch eine erhebliche Verminderung des Geräusches erzielt wird.

Um dieses Ergebnis sowohl bei beginnendem Öffnen als auch bei beginnendem Schliessen zu erzielen, ist eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Ventils dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die eine Regulieraussparung durch eine weitere in Bezug auf die Mittelachse des zugehörigen Regulierkörpers als eine archimedische Spirale ausgebildete Kante begrenzt wird, und dass die beiden archimedisch spiralförmigen Kanten geometrisch gleich sind.

Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Ventils ist dadurch gekennzeichnet, dass sich jede der archimedisch spiralförmigen Kanten etwa von einer Stelle nahe einer Durchgangsöffnung bis eine Stelle nahe des Umfanges des zugehörigen Regulierkörpers erstreckt. Dadurch erhält die im Vorstehenden erwähnte Spalte eine maximale Länge.

Dabei kann, wenn es sich um ein Absperrventil handelt, mindestens die eine archimedisch spiralförmige Regulierkante sich über einen VVinkelbogen von etwa 180 um die Mittelachse des zugehörigen Regulierkörpers erstrecken, und wenn es sich um ein Mischventil handeis, kann sich die archimedisch spiralförmige Regulierkante jeder Regulieraussparung über einen VVinkelbogen von etwa 90 um die Mittelachse des zugehörigen Regulierkörpers erstrecken.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen achsialen Schnitt durch eine Ausführungs

form des erfindungsgemässen Absperrventils. In dieser Figur ist jedoch auch durch gestrichelte Linien die Form des Ventilgehäuses gezeigt, wenn es sich um ein Mischventil handelt,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie I-V; I-V, wobei es

sich um ein Absperrventil handelt, und dieses ganz geöffnet ist,
Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Schnitt, wobei

das Ventil jedoch ganz geschlossen ist,

Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie I-V; I-V der Fig. 1,

wobei es sich um ein Mischventil handelt, und das Ventil mit dem einem Einlauf in vollständig offenem Zustand und eiern anderen Einlauf unmittelbar vor dessen Öffnen dargestellt ist, und

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Fig. 5 einen der Fig. 4 entsprechenden Schnitt in geschlossenem Zustand des Ventils.

In der Zeichnung bezeichnet 1 ein Ventilgehäuse, das bei der in Fig. 1 mit voll ausgezogenen Linien gezeigten Ausführungsform mit einem seitlichen Stutzen 2 und einem nach unten weisenden Stutzen 3 versehen ist. Wenn es sich um ein Ventilgehäuse eines Mischventils handelt, ist das Ventilgehäuse, wie in Fig. 1 mit gestrichelten Linien gezeigt, durch einen weiteren seitlichen Stutzen 4 ergänzt. Wenn es sich um ein Absperrventil handelt, kann die Durchlaufrichtung beliebig gewählt werden, und sowohl der nach unten weise;nde Stutzen 3 wie auch der seitliche Stutzen 2 können als Einlauf dienen. Handelt es sich um ein Mischventil, werden die beiden seitlichen Stutzen 2 und 4 als Einlaufe und der nach unten weisende Stutzen 3 als Auslauf verwendet.

Der Stutzen 3 steht in Verbindung mit einem sich durch die Mitte des Gehäuses 1 erstreckenden Durchgangskanal 5, der am oberen Ende in eine Durchgangsöffnung 6 mündet. Jeder der seitlichen Stutzen steht in Verbindung mit einem winkelförmigen Kanal 7 bzw. 8, die seitlich der Durchgangsöffnung 6 mündet. Das Ventilgehäuse weist an der oberen Seite einen Kragen 9 auf, in welchen ein scheibenförmiger Regulierkörper 10 eingesetzt ist. Der Regulierkörper 10 weist einen seitlichen Vorsprung 11 auf, der in eine entsprechende achsial verlaufende Rille 12 im Kragen 9 eingreift, so dass der Regulierkörper 10 gegen Drehung in Umkreisrichtung gesichert ist. Dichtungen 13 und 14 dienen zur Abdichtung zwischen dem Regulierkörper und dem Ventilgehäuse, so dass das Strömungsmedium nicht von der Durchgangsöffnung 6 zwischen das Gehäuse und den Regulierkörper in die Kanäle 7 und 8 bzw. von dem einem dieser Kanäle in den anderen strömen oder längs der Innenwandung des Kragens 9 hinaustreten kann.

Auf dem Regulierkörper 10 ist ein weiterer scheibenförmiger Regulierkörper 15 angeordnet, in dessen Oberseite ein Gleitring 16 eingelassen ist, der mit einem entsprechenden im oberen Bereich des Kragens 9 angeordneten Gleitring 17 zusammenarbeitet. Das Ventil ist mit einem Deckel 18 versehen, der durch einen umgebördelten Teil 19 des Kragens 9 in Anlage an dem Ring 17 gehalten wird, der wiederum am Ring 16 anliegt, der den Regulierkörper 15 gegen den Regulierkörper 10 presst, so dass der letztere gegen die Dichtungen 13 und 14 gepresst wird.

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Der Deckel 18 ist mit einer zentralen Öffnung für eine Spindel 20 ausgebildet, an welcher an Handgriff 21 befestigt ist. Die Spindel 20 trägt an ihrem unteren Ende einen Vorsprung 22, der in eine entsprechende diametral verlaufende Nut in der Oberseite des Regulierkörpers 15 eingreift, so dass der Regulierkörper 15 durch den Handgriff 21 gedreht werden kann.

Wenn es sich um ein Absperrventil (Fig. 2 und 3) handelt, ist im starren Regulierkörper 10 ausser einer mittig angeordneten Durchgangsöffnung 24 auch eine seitlich von dieser angeordnete Regulieraussparung 25 vorgesehen, die in Verbindung mit dem Kanal 7 steht. Die Form der Regulieraussparung 25 ist am besten aus Fig. 2 zu ersehen. Diese Aussparung ist nach innen durch eine Regulierkante 26 begrenzt, die in Bezug auf die Mittelachse 27 des Ventilgehäuses spiralförmig verläuft, und die geometrische Form der Spirale, die der Kante 26 folgt, ist eine sogenannte archimedische Spirale, d.h. eine Kurve, die von einem Punkt beschrieben wird, der gleichförmig auf einer Geraden fortschreitet, während diese um die Mittelachse 27 gleichförmig gedreht wird. Bei der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform ist auch die nach aussen weisende Kante 28 der Regulieraussparung 25 als eine archimedische Spirale ausgebildet, und zwar die gleiche, die der Ausbildung der Regulierkante 26 zugrundeliegt.

In der dem Regulierkörper 10 zugewandten Seite des Regulierkörpers 15 ist im Regulierkörper 15 eine Regulieraussparung 30 ausgebildet. Die Form dieser Regulieraussparung, wenn es sich um ein Absperrventil handelt, ist am besten in Fig. 2 und 3 ersichtlich. Diese Aussparung 30 ist wie in Fig. 1 gezeigt im wesentlichen kuppeiförmig mit einer ebenen oberen Wand 31, die über eine Rundung in eine Seitenwand übergeht, deren senkrechte Projektion in Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Die Seitenwand erstreckt sich spiralförmig von einem Punkt 32 bis einen Punkt 33 unter Bildung einer Regulierkante 30a, die ebenfalls als eine archimedische Spiral mit gleicher "Steigung" wie die Kurven ausgebildet ist, die dem Verlauf der Kanten 26 und 28 entsprechen. Der dadurch entstandene Sprung zwischen den Punkten 32 und 33 ist breiter als die maximale Brette der Regulieraussparung 25, und die grösste radiale Abstand der Aussparung 30 von der Mittelachse 27, entsprechend dem Punkt 33, ist gleich dem grössten oder grosser als den grössten Abstand zwischen der Regulierkante 28 und der Mittelachse 27. Andererseits ist der kleinste Abstand zwischen

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der Wand der Aussparung 30 und der Mittelachse 27 (am Punkt 32) kleiner als den kleinsten Abstand zwischen der Mittelachse 27 und der Regulierkante 26.

Die Wirkungsweise des in Fig. 2 und 3 dargestellten Ventils ist die folgende:

Wie erwähnt zeigt Fig. 2 das Ventil in vollständig offenen Zustand, wobei die Regulierkante 28 bei der gezeigten Ausführungsform fluchtend mit dem entsprechenden Teil der Wand der Aussparung 30 verläuft. Zum Schliessen des Ventils wird das Regulierelement 15 in Richtung des Pfeils 35 in Fig. 2 bewegt, wodurch die durch die Wand der Aussparung 30 gebildete Regulierkante 30a, wie durch die gestrichelte Linie 30' gezeigt, zum Überlappen eines immer grösseren Teils der Regulieraussparung 25 gebracht wird, wobei infolge der gewählten Spiralform diese Überlappung stets von im wesentlichen konstanter Breite über die gesamte Länge der Regulieraussparung sein wird, und zwar bis der Regulierkörper 15, die Regulieraussparung 25 vollständig überlappt, und insbesondere ist die Spaltenbreite unmittelbar vor vollständigem Schliessen annähernd konstant über die volle Spaltenlänge. Dadurch wird die Druckverlustenergie des Ventils namentlich zu der Zeit, wo sie am grössten ist, d.h. unmittelbar vor Beendigung der Schliessbewegung über die gesamte Länge der Spalte, also längs der gesamten Regulierkante 26, verteilt werden. Es versteht sich, dass dies auch bei beginnender Öffnungsbewegung, also bei Drehung des Regulierkörpers 15 in Fig. 3 entgegen der Uhrzeigerrichtung, der Fall sein wird.

Bei der in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsform ist die Wand der Aussparung 30, in senkrechter Projektion, abgesehen von dem Wandteil, die den Sprung zwischen den Punkten 32 und 33 bildet, in ihrer gesamten Länge als eine archimedische Spirale ausgebildet. Da es jedoch insbesondere die bei Beginn der Öffnungsbewegung und bei Beendigung der Schliessbewegung auftretenden Bedingungen sind, welche die GerMuschentwicklung besonders begünstigen, leuchtet es ein, dass es genügt, die innere Regulierkante 26 und den Wandteil der Aussparung 30, der bei Beginn der Öffnungsbewegung und Beendigung der Schliessbewegung mit dieser Regulierkante 26 zusammenarbeitet, als archimedische Spiralen auszubilden. Bei der in Fig. 4 und 5 dargestellten Ausführungsform handelt es sich wie bereits erwähnt um ein Mischventil, und folglich

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weist das Ventilgehäuse den beiden Stutzen 2 und 4 auf. In diesem Falle ist der Strömungsverlauf ausserdem vorgegeben, wie in Fig. 4 und 5 durch Pfeile 40 gezeigt. In dem in Fig. 4 und 5 gezeigten Fall ist der starre Regulierkörper 10 mit zwei Regulieraussparungen 41 und 42 versehen, die je mit einem der Kanäle 8 und 7 in Verbindung stehen. Jeder Aussparung 41 und 42 wird durch zwei Regulierkanten 43 und 44 (Fig. 4) begrenzt, die als geometrisch gleich ausgebildete archimedische Spiralen ausgebildet sind. Da hier zwei Regulieraussparungen vorzusehen sind, sind die Regulierkanten 43 und 44 kurzer als die sich über einen Winkelbogen von etwa 180 erstreckenden Regulierkanten 26 und 28 der Fig. 2 und 3 und erstrecken sich deshalb je über einen Winkelbogen von etwa 90 . Der drehbare Regulierkörper 15 der Fig. 4 und 5 ist mit einer Regulieraussparung versehen, deren senkrechte Projektion in diesen Figuren gezeigt ist. Auch hier ist die Regulieraussparung im Regulierkörper 15 mit einem flachen Boden ausgebildet und ist also nicht offen in Richtung nach oben. Von einer zentralen Durchgangsöffnung 46 ertreckt sich die Regulieraussparung des Regulierkörpers 15 hakenförmig auswärts nach beiden Seiten, so dass zwei Regulieraussparungsabschnitle 47 und 48 gebildet werden, die je durch zwei Regulierkanten 49 und 50 begrenzt werden, die je über den grössten Teil ihrer Länge entsprechend der Spiralform der Kanten 43 und 44 spiralförmig sind. Dies gilt jedoch nicht für die inneren Endbereiche, der Regulieraussparungsabschnitte 47 und 48, mit denen die Regulieraussparungsabschnitte in die zentrale Durchgangsöffnung 46 münden. Nach aussen werden die Regulieraussparungsabschnitte 47 und 48 durch kreisbogenförmige Wandteile 51 und 52 begrenzt, die sich koaxial zu entsprechenden Begrenzungskanten der Regulieraussparungen 41 und 42 erstrecken.

Die Regulieraussparungsabschnitte 47 und 48 sind um 180 zueinander versetzt angeordnet, wogegen die Regulieraussparungen 41 und 42 in solcher Weise in Umkreisrichtung zueinander versetzt sind, dass wenn der eine der Regulieraussparungsabschnitte vollständig zur Deckung mit der Regulieraussparung 42 kommt, vgl. Fig. 4, dann ist der andere Regulieraussparungsabschnitt 47 etwas gegenüber der anderen Regulieraussparung 41 versetzt.

Die Wirkungsweise des Mischventils der Fig. 4 und 5 ist ohne weiteres der Erläuterung der Wirkungsweise des Ventils der Fig. 2 und 3 zu entnehmen. Es sei jedoch hier bemerkt, dass durch Drehung des oberen Regulierkörpers 15 in Pfeilrichtung 54 aus der in

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Fig. 4 gezeigten Stellung die Regulieraussparung 41 zunächst gleichmassig über die gesamte Länge ihrer einen Regulierkante geöffnet wird, und gleichzeitig fängt die andere Regulieraussparung 42 an zu schliessen, so dass der Zulauf durch den Stutzen 2 gedrosselt wird.

Es wird folglich ein Vermischen von durch den Stutzen 2 eintretendem Wasser mit Wasser erfolgen, das durch den Stutzen 4 eintritt, und das Wassergemisch wird durch den nach unten weisenden Stutzen 3 (vgl. Fig. 1) des Ventils austreten. Wenn die Regulieraussparung 41 ganz offen ist, wird sich die Regulieraussparung 42 vollständig geschlossen haben, und während dieser Schliessbewegung erfolgt eine entsprechende Spaltenverengung wie im vorstehenden erläutert. Das Ventil ist in seiner Schliessstellung in Fig. 5 gezeigt, aus der ersichtlich ist, dass der Regulieraussparungsabschnitt 48 Platz zwischen den Regulieraussparungen 41 und 42 findet.

Durch die beidseitig spiralförmige Ausbildung von sowohl den Regulieraussparungsabschnitten 47 und 48 als auch den Regulieraussparungen 41 und 42 der Fig. 4 und 5 wird somit eine Verminderung des Geräusches sowohl beim Öffnen wie beim Schliessen der beiden Regulieraussparungen 41 und 42 erzielt.

Es versteht sich, dass in beiden Ausführungsformen sind die einander zugewandten Seiten der Regulierkörper 10 und 15 vollständig eben ausgebildet, so dass die zusammenwirkenden Flächen Abdichtungen längs der Regulieraussparungen bilden. Die Regulierkörper können z.B. aus Sinterkeramik oder einem entsprechenden verschleissfesten Material bestehen, welches sich zu der erfordei— liehen ebenen Form verarbeiten lässt, um die erforderliche Abdichtung gewähren zu können.

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Claims

30A3962 Patentansprüche:

1. ι Absperr— oder Mischventil mit einem drehbaren und ein-

em in einem Gehäuse (1) starr angeordneten Regulierkörper (10 bzw. 15), die mit verschleissfesten Flächen aneinander liegen, und mit Regulieraussparungen (25;41,42 bzw. 30;47,48) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jede Regulieraussparung (25;41,42 bzw. 30;47,48) mindestens eine in Bezug auf die Mittelachse (27) des zugehörigen Regulierkörpers (10 bzw. 15) als eine archimedische Spirale ausgebildete Kante (26,28,308,43,44,49,50) aufweist, und dass diese archimedisch spiralförmigen Kanten paarweise geometrisch miteinander übereinstimmen.

2. Absperr- oder Mischventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die eine Regulieraussparung (25,41,42) durch eine weitere in Bezug auf die Mittelachse (27) des zugehörigen Regulierkörpers als eine archimedische Spirale ausgebildete Kante begrenzt wird, und dass die beiden archimedisch spiralförmigen Kanten (26,28; 43,44; 49,50) geometrisch gleich sind.

3. Absperr- oder Mischventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich jede der archimedisch spiralförmigen Kanten (26,28,43,44,49,50) etwa von einer Stelle nahe einer Durchgangsöffnung (24) bis eine Stelle nahe des Umfanges des zugehörigen Regulierkörpers (10 bzw. 15) erstreckt.

4. Absperrventil nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass wenigstens die eine archimedisch spiralförmige Kante (26 oder 28) sich über einen Winkelbogen von etwa 180° um die Mitte (27) des zugehörigen Regulierkörpers (10) erstreckt.

5. Mischventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die archimedisch spiralförmige Regulier- kante jeder Regulieraussparung (41,42) über einen Winkelbogen von etwa 90° um die Mitte (27) des zugehörigen Regulierkörpers (10) erstreckt.

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